面向航帶平差的機(jī)載LiDAR系統(tǒng)誤差處理方法研究.pdf

1、作為一種全新的數(shù)據(jù)獲取手段,機(jī)載激光雷達(dá)(Light Detection And Ranging,LiDAR)系統(tǒng)的精度一直是各方關(guān)注的焦點(diǎn)。能否將其成果作為基礎(chǔ)測(cè)繪產(chǎn)品直接應(yīng)用,這是開展機(jī)載LiDAR大規(guī)模工程化應(yīng)用必須面對(duì)的問題。系統(tǒng)誤差是影響機(jī)載LiDAR系統(tǒng)精度的主要因素,如何消除或削弱系統(tǒng)誤差影響,提高空間數(shù)據(jù)獲取精度是機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和技術(shù)前沿,具有重要理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。本文系統(tǒng)地歸納總結(jié)了機(jī)載Li

2、DAR系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的相關(guān)理論,重點(diǎn)研究機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)中系統(tǒng)誤差處理方法,以航帶平差方法為理論核心,提出了基于航帶平差的機(jī)載LiDAR系統(tǒng)誤差處理新方法,并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證,有效提高了LiDAR系統(tǒng)精度。全文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　?、贆C(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)系統(tǒng)誤差源理論分析與估計(jì)。機(jī)載LiDAR系統(tǒng)集成了多個(gè)子系統(tǒng),其定位精度會(huì)受到來自姿態(tài)、測(cè)距、GPS定位、系統(tǒng)集成等多種誤差的影響。這些子系統(tǒng)對(duì)激光腳點(diǎn)的定位結(jié)果的影響一般表現(xiàn)為

3、系統(tǒng)性的,會(huì)在不同程度上歪曲定位結(jié)果。為了獲取高精度的三維地表信息,就必須研究這些誤差的大小和影響規(guī)律,并采取一定的措施來減小這些誤差的影響。本文從機(jī)載LiDAR系統(tǒng)幾何定位方程出發(fā)、基于誤差傳播規(guī)律推導(dǎo)了機(jī)載LiDAR系統(tǒng)的綜合誤差計(jì)算公式,分別研究了姿態(tài)角、GPS、激光測(cè)距、掃描角等多種誤差源對(duì)激光腳點(diǎn)定位精度的影響規(guī)律,從理論上分析了機(jī)載LiDAR系統(tǒng)定位精度;進(jìn)而全面總結(jié)和回顧了現(xiàn)有的系統(tǒng)誤差消除方法。
　?、跈C(jī)載LiDA

4、R航帶平差理論基礎(chǔ)。包括機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)的表面表達(dá)方式、對(duì)航帶平差有特殊影響的典型數(shù)據(jù)特點(diǎn)、航帶平差的基本數(shù)學(xué)模型、主要的航帶平差處理工作。在此基礎(chǔ)上提出了完整的航帶平差流程,對(duì)航帶平差中涉及到的關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究并給出了解決方案。
　?、厶岢隽嘶跓o控制三維表面最小高程差(Least Z-Difference,LZD)和最小法向距離(Least Normal Distance,LND)兩種匹配算法,有效消除機(jī)載LiDAR點(diǎn)云數(shù)

5、據(jù)航帶間的系統(tǒng)誤差。實(shí)驗(yàn)表明:使用LND和LZD兩種方式進(jìn)行機(jī)載LiDAR航帶平差獲取的結(jié)果均可以滿足工程生產(chǎn)的精度需求;與商業(yè)軟件TerraMatch的結(jié)果相比,LZD的精度和TerraMatch的精度相當(dāng),且兩種方式在TerraMatch軟件平差失敗時(shí)也能成功的完成航帶平差任務(wù)。
　　④首次將高斯-馬爾柯夫模型引入到基于無控制三維表面匹配的機(jī)載LiDAR航帶平差方法中。實(shí)驗(yàn)表明,在對(duì)高斯-馬爾科夫模型進(jìn)行合理的參數(shù)配置后,能夠